脱碳最大的挑战是什么?这是一个线索。它又丑又重，除了两个排放最密集的经济体外，它的碳排放量比其他任何经济体都多，而且它无处不在。
你猜对了。混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料，我们一直在消耗更多的混凝土。目前，我们每年使用100亿吨这种物质。
其中40亿吨是水泥——混凝土的关键成分。当它与沙子、砾石和水混合时，就会产生一种便宜、易于操作、非常耐用的材料。
在接下来的十年里，水泥消费量每年将再增加5亿吨。
大部分与混凝土相关的排放来自于水泥的生产。每生产一吨水泥，就有一吨碳排放到大气中。
这是一个大问题，因为混凝土非常有用。
事实上，它非常有用，如果没有它，我们很难想象一个抵御气候变化的未来。风力涡轮机是建在混凝土基础上的。海堤是抵御海平面上升的重要屏障，通常由混凝土制成。水电站大坝本质上是巨大的混凝土防御工事。
它没有结束那里。城市致密化，提高建筑能源效率，最大限度地减少住宅用地和减少运输部门碳排放的关键策略需要建设城市中心更高层建筑。这些建筑物将大部分由混凝土制成。
事实上，水泥本身就是排放的重要原因，它在这些气候解决方案中都扮演着重要角色，这并不是什么残酷的讽刺。这只是一个迹象，表明如果没有它，从事任何形式的经济活动都是多么困难。
水泥的使用与经济发展密切相关，即使不了解一个国家的水泥消费水平，你也可以对其GDP的年增长率做出有根据的猜测。
水泥消费最低的国家有两种:一种是GDP低于平均水平、投资少的不成熟经济体，另一种是经济增长缓慢、现有基础设施发达的成熟经济体。
人均水泥消费量最高的地区是增长最快的地区．不出所料，中国遥遥领先。
这意味着迫切需要解决水泥脱碳问题。如果找不到解决方案，经济发展的需要就必须与减少排放的需要相冲突。
幸运的是，有一些选择摆在桌面上。其中大多数还处于起步阶段，可以肯定的是，要将排放降低到可接受的水平还需要多种解决方案。
一些可行的选择是技术上的，一些是监管上的。有些涉及其他行业，如运输或能源，而另一些则需要改用替代材料。
首先要弄清楚哪种方法对减少水泥消耗的排放最有效，需要了解这些排放是如何产生的。
是什么导致了水泥生产的排放?
水泥生产过程中大约一半的排放直接来自产生熟料的煅烧反应，熟料是硅酸盐水泥(最广泛使用的水泥形式，也是用于制造混凝土的水泥形式)的未磨碎的前体。
这些排放难以避免，因为煅烧的目的是摆脱输入材料，石灰石的碳含量。该反应将石灰石（CaCO 3）转化为氧化钙（CaO），否则称为石灰和CO 2。石灰用于生产熟料，而CO 2释放到大气中。
在水泥生产过程中，这一部分的脱碳非常棘手，但有两种方法可以采用。一是用其他东西代替水泥，以减少水泥熟料的数量。另一个是捕捉从煅烧中释放出来的碳。稍后再详细介绍。
正如我们所说，水泥生产中大约50%的排放是由煅烧反应释放出来的。另外40%的碳是由用于加热反应窑炉的化石燃料排放的。
脱脂的水泥生产的侧面意味着用低碳或零碳燃料替换化石燃料，如生物质，废物或氢气。
最终10％左右的排放来自燃料消耗的燃料，用于生产水泥的材料并将其运送到工厂。这里，电气化可以具有在减少排放中起作用的重要作用。
可以看出，我们需要一系列的解决方案来降低水泥行业的排放，每一个方案都是协同工作的。这是唯一可以减少水泥生产的三个主要来源的排放的方法:煅烧反应、为窑加热而燃烧的燃料和水泥供应链。
碳化呢?
随着减少工业部门排放的重要性开始在围绕气候变化的辩论中发挥更大的作用，水泥行业受到越来越多的批评。
但它有一个主要卡在这场辩论中发挥，忽视它会被忽视。与植物，土壤和海洋，混凝土和其他基于水泥的材料实际上充当碳水槽。
没错，在几十年的时间里从大气中吸收二氧化碳．东安格利亚大学的研究人员发现，在1930年至2013年的83年里，以水泥为基础的建筑吸收了45亿吨碳。这种化学反应被称为碳酸化。
虽然碳化作用是水泥的一大优势，但应该注意的是，混凝土最多只能吸收其释放的二氧化碳的一部分。
UEA研究的作者估计，在83年期间吸收的碳吸收了43％的43％的CENCE生产在相同的时间范围内释放。
另一件要记住的事情是，碳酸化是一个极其缓慢的过程。即使大部分的水泥生产今天公布的碳抵消在长期、短期增加碳排放可能产生巨大的影响,如果他们把我们过去的某些气候引爆点(例如北极永冻层的融化,森林枯死或格陵兰冰架的崩溃)。
另一方面，如果碳捕获和存储技术被集成到水泥生产过程中，碳化作用可以做的远不止抵消水泥排放。
如果在水泥生产过程中释放的所有碳都被捕获，那么碳化可以使混凝土碳负。使用更多的混凝土实际上可以降低而不是提高大气中的二氧化碳水平。
尽管这听起来令人印象深刻，但要让混凝土对气候有利，我们还有很长的路要走。就目前而言，更明智的做法是考虑减少现有的排放源。
这为我们带来了解决方案。
用于生产混凝土的骨料加工工厂解决方案1:熟料置换
第一个解决方案是通过将一些熟料转换成不同的材料来避免熟料生产过程中的排放。a的作者查塔姆研究所的低碳水泥研究估计在2050年全球范围内替换70％的水泥中的熟料可以节省每年的1.5个二氧化碳排放量。
有几种不同的材料可以作为替代品，如粉煤灰或高炉炉渣。前者是燃煤电厂的废料，而后者是炼铁和炼钢的副产品。
这两种方法都不是完美的解决方案，因为人们怀疑它们是否能够获得足够的数量。由于工业过程本身就是碳密集型的，这两种方法都是可行的。
尽管如此，熟料替代是一种廉价的选择，可以在今天实施。诸如将窑炉与燃煤发电站或火炉放在一起这样的举措，有助于加快采用替代品的步伐。
解决方案2:替代混凝土和水泥
目前有多种替代形式的水泥正在测试和商业化。其中包括这家美国公司开发的生物粘合剂bioMASON该公司利用一种芽孢杆菌来获取碳酸钙，而不是依赖于煅烧。
“自愈”形式的微生物混凝土也在开发中，它可以帮助混凝土结构更持久地承受，从而最大限度地减少消耗。
另一种选择是碳固化混凝土。通过这些类型的混凝土，从工业过程中捕获的二氧化碳被注入到材料中，以帮助它变硬，从而隔离碳，防止它进入大气。
尽管这些解决方案是创新的，但在发挥更大作用之前，仍有一些障碍需要克服。首先，在投资替代材料之前，需要说服工程师和建筑公司相信它们的耐久性——这不是一件容易的事情。
替代建筑材料的价格也需要降低到可以与普通水泥和混凝土竞争的水平。
解决方案3:替代燃料
传统上，水泥生产依赖煤炭、石油或天然气等化石燃料来产生煅烧反应所需的热量。
越来越多的水泥生产者，特别是在欧洲，正在切换到废物燃烧以减少排放。这些废料包括二手轮胎，非再循环塑料和纸，废油和废水污泥。
其他生产商已经转向生物质来满足他们的燃料需求。生物质对碳的影响在很大程度上取决于它的来源——林业或农业废物生物质可以显著减少净排放量，而从原始森林来源的生物质可能是一个比化石燃料更糟糕的选择。金宝搏App下载
替代燃料约占欧洲水泥生产商燃料消耗的43%，但在中国、印度和其他一些主要水泥消费国，替代燃料的采用要慢得多。
未来可通过采用低碳气体加速替代燃料的吸收，如电解可再生氢、天然气转化氢(使用CCS)、合成天然气和生物甲烷。
解决方案四:提高能源效率
更节能的窑炉有助于在煅烧反应期间尽量减少燃料的使用。在水泥生产过程的其他能源密集型阶段，如磨熟料，效率也很重要。
尽管欧洲在这里概述的一些解决方案(如使用替代燃料和替代熟料)方面走在了前面，但旧水泥窑的普遍存在意味着效率往往低于发展中国家。
根据查塔姆研究所(Chatham House)的数据，水泥厂每生产一吨熟料的平均热能消耗为3.5 GJ，而使用现有的最佳技术，可达到的最低热能消耗为2.9 GJ。
印度水泥行业的设备一般不那么过时，其平均热能消耗是每生产一吨3.0 GJ。
对于效率最低下的生产商来说，更换旧设备应该是优先考虑的事情，尽管这样做的巨大成本意味着激励措施将是关键。还可以通过回收废热和更好地监测工业过程来提高效率。
解决方案5:碳捕获和储存
与许多其他形式的能源密集型工业一样，碳捕捉和封存(CCS)可以减少水泥生产的排放，而不需要替代燃料，因为大多数替代燃料不太容易获得，而且更昂贵。
碳捕捉与封存技术对水泥工业有着特殊的前景，因为它也可以用来捕获煅烧反应的排放。
目前，水泥行业的CCS仍处于试点项目阶段。作为欧盟支持地平线2020程序的一部分，比利时海德堡水泥经营的试验厂目前用于研究水泥生产的二氧化碳排放量。
该项目正在测试一种称为直接分离的技术，该技术将通过炉排释放的废气煅烧释放的纯二氧化碳。该项目是否应该成功，其赞助商声称它将允许水泥生产具有可比的资本成本对传统设备。
尽管这些努力显示出了巨大的潜力，但对CCS技术的商业应用还是有点现实的。到目前为止，将碳捕捉技术引入发电等其他行业(特别是需要进行改造的行业)的成本一直使该技术对排放没有多大影响。
另一个潜在的障碍是，很难激励运输和封存捕获的碳。将水泥厂与能够使用二氧化碳作为化学原料的工业设施放在一起可以提供一种选择，使用碳固化混凝土也可以捕获碳(见解决方案2)。
解决方案6:减少采矿和运输的排放
采矿业和交通运输业的排放问题涉及各个部门，并不是只有水泥行业才能解决。
尽管如此，通过选择供应商，水泥生产商可以产生影响。有积极的迹象表明，采矿和重型运输都可以在现实的时间框架内实现大幅减排。
由于采矿往往发生在偏远地区，管道或电网基础设施有限，可再生能源往往是新矿场更具成本效益的选择。
即使采矿公司可以访问电网，许多公司（包括安托法加斯塔和纽蒙特矿业)，正转向可再生能源供应商，以满足他们的能源需求。
至于交通，人们的看法开始围绕电池电力推进的应用进行转变。当特斯拉的Semi HGV被披露一次充电最多可以行驶500英里时，它登上了世界各地的头条新闻。
方案七:有效的碳税
碳排放税之所以得以延续，是因为它触及了前六个方面。足够高的碳排放税为水泥行业探索减排措施提供了必要的激励。
无论是通过减少化石燃料的使用、投资于碳捕获和储存技术、更换效率低下的设备或改用替代材料，足够高的碳税都能提供改变行为所必需的价格信号。
还应该强调的是，推动更高要求的税收可能会避免水泥行业可能出现的更糟糕的结果引入水泥税。
水泥上涨的全球排放份额的报警促使一些研究人员倡导建筑材料上征收的特定税。
提案的问题是，如果没有正确校准，那么这样的税收可以不分青红皂白地惩罚，即使这些水泥生产商最倾向于投资排放减缓。
它还可以让建筑公司使用替代材料，即使这些材料的排放更密集(比如选择用钢而不是混凝土地基建造海上风力平台)。
一种有效的碳税只对个体生产者按其应负责的排放量的比例进行惩罚。如果水泥行业能够加大力度，以比其他行业更快的速度减少排放，它仍可以在低碳世界中保住自己的地位。
这强调了采取行动减少不久的未来排放的观点对水泥行业的长期生存至关重要。
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